Каванага чыгуну: ўласцівасці, маркіроўка і вобласць прымянення

Чыгун - цвёрды, Каразійная-ўстойлівы, аднак далікатны железоуглеродистый сплаў з утрыманнем карбону С у межах ад 2,14 да 6,67%. Нягледзячы на наяўнасць характэрных недахопаў, мае разнастайнасць відаў, уласцівасцяў, абласцей прымянення. Шырока выкарыстоўваным з'яўляецца каванага чыгуну.

гісторыя

Гэты матэрыял быў вядомы, пачынаючы з IV стагоддзя да н. э. Яго кітайскія карані знаходзяцца ў VI ст. да н. э. У Еўропе першыя згадкі пра прамысловай вытворчасці сплаву датуюцца XIV, а ў Расіі - XVI стагоддзем. А вось тэхналогія вытворчасці каванага чыгуну запатэнтавана ў Расіі ў XIX стагоддзі. Пасля развіта А. Д. Анносовым.

Так як шэрыя чыгуны абмежаваныя ў выкарыстанні ў сілу нізкіх механічных уласцівасцяў, а сталі - дарагія і маюць невысокую цвёрдасць і даўгавечнасць, то паўстала пытанне аб стварэнні металу надзейнага, даўгавечнага, цвёрдага, у той жа час мае павышаную трываласць і пэўную пластычнасць.

Коўка чыгуну немагчымая, аднак дзякуючы пластычным характарыстыках, ён паддаецца некаторых відах апрацоўкі ціскам (да прыкладу, штампоўцы).

вытворчасць

Асноўны спосаб - плаўленне ў даменных печах.

Зыходныя прадукты для даменнай перапрацоўкі:

• Шыхты - жалезная руда, якая змяшчае метал у выглядзе аксідаў Ферум.
• Паліва - кокс і прыродны газ.
• Кісларод - ўдзімаецца праз адмысловыя фурмы.
• Флюсы - хімічныя адукацыі на аснове марганца і (або) крэмнію.

Этапы даменнай плаўкі:

1. Аднаўленне чыстага жалеза шляхам хімічных рэакцый жалезнай руды з падаваным праз фурмы кіслародам.
2. Згаранне коксу і адукацыя аксідаў карбону.
3. Науглероживание чыстага жалеза ў рэакцыях з СА і СА _2.
4. Насычэнне Fe ₃ C марганцам і крэмніем у залежнасці ад неабходных уласцівасцяў на выхадзе.
5. Сліў гатовага металу ў формы праз чыгунныя годкі; сліў дзындры праз шлаковые годкі.

Па завяршэнні працоўнага цыклу домны атрымліваюць чыгун, дзындра і колошниковые газы.

Металічныя прадукты даменнага вытворчасці

У залежнасці ад хуткасці ахладжэння, мікраструктуру, насычанасці вугляродам і дадаткамі магчыма атрыманне некалькіх відаў чыгуну:

1. Пераробны (белыя): карбон ў звязаным выглядзе, першасны цэменту. Выкарыстоўваюцца ў якасці сыравіны для выплаўлення іншых железоуглеродистых сплаваў, перапрацоўкі. Да 80% усяго вырабленага даменнага сплаву.
2. Ліцейныя (шэрыя): карбон ў выглядзе поўнасцю або часткова вольнага графіту, а менавіта яго пласцін. Выкарыстоўваюцца для вытворчасці малоответственных карпусных дэталяў. Да 19% Прадуцыраваная даменнага ліцця.
3. Спецыяльныя: насычаныя ферасплаваў. 1-2% разгляданага выгляду вытворчасці.

Каванага чыгуну атрымліваюць з дапамогай тэрмічнай апрацоўкі пераробны.

Тэорыя железоуглеродистых структур

Карбон з Ферум могуць утвараць некалькі розных відаў сплаваў па тыпу крышталічнай рашоткі, што адлюстроўваецца на варыянце мікраструктуру.

1. Цвёрды раствор пранікнення ў α-жалеза - ферыт.
2. Цвёрды раствор пранікнення ў γ-жалеза - аустенит.
3. Хімічную адукацыю Fe ₃ C (звязанае стан) - цэменту. Першасны ўтвараецца шляхам хуткага астуджэння з вадкага расплаву. Другасны - больш павольнае зніжэнне тэмпературы, з аустенита. Троесны - паступовае ахалоджванне, з ферыту.
4. Механічная сумесь зерня ферыту і цементита - перліт.
5. Механічная сумесь зерня перліту або аустенита і цементита - ледебурит.

Для чыгуну характэрная асаблівая мікраструктуру. Графіт можа знаходзіцца ў звязаным выглядзе і ўтвараць вышэйпералічаныя структуры, а можа знаходзіцца ў вольным стане ў форме розных уключэнняў. На ўласцівасці ўплываюць як асноўныя збожжа, так і гэтыя адукацыі. Графітавымі фракцыямі ў метале з'яўляюцца пласціны, шматкі або шары.

Пласціністая форма характэрная для шэрых железоуглеродистых сплаваў. Яна абумоўлівае іх далікатнасць і ненадзейнасць.

Ўключэння хлопьеобразные маюць каванага чыгуну, чым станоўча ўплываюць на іх механічныя паказчыкі.

Шарападобная структура графіту яшчэ больш паляпшае якасці металу, уплываючы на павелічэнне цвёрдасці, надзейнасці, вытрымкі значных нагрузак. Такімі характарыстыкамі валодае чыгун высокатрывалы. Каванага чыгуну ўласцівасці свае абумоўлівае ферритной або перлитной асновамі з наяўнасцю хлопьеобразных графітавых уключэнняў.

Атрыманне ферритного каванага чыгуну

Яго вырабляюць з белага пераробны доэвтектоидного малоуглеродистого сплаву шляхам адпалу зліткаў з утрыманнем карбону 2,4-2,8% і адпаведнай ім наяўнасці дадаткаў (Mn, Si, S, P). Таўшчыня сценак аджыгае дэталяў павінна быць не больш за 5 см. Для адлівак значнай таўшчыні графіт мае форму пласцін і жаданыя ўласцівасці не дасягаюцца.

Каб атрымаць каванага чыгуну з ферритной асновай, метал змяшчаюць у адмысловыя скрыні і перасыпаюць пяском. Шчыльна зачыненыя ёмістасці змяшчаюць у награвальныя печы. Праводзяць наступную паслядоўнасць дзеянняў пры адпале:

1. Канструкцыі награваюць у печах да тэмпературы за 1 000 ˚С і пакідаюць вытрымлівацца пры пастаяннай цеплыні на тэрмін ад 10 да 24 гадзін. У выніку распадаецца першасны цэменту і ледебурит.
2. Метал астуджаюць да 720 ˚С разам з печчу.
3. Пры тэмпературы 720 ˚С вытрымліваюцца доўга: ад 15 да 30 гадзін. Гэтая тэмпература забяспечвае распад другаснага цементита.
4. На завяршальнай стадыі зноў астуджаюць разам з рабочай печкай да 500 ˚С, а пасля адбіраюць на паветра.

Такі тэхналагічны адпал называецца графитизирующим.

Пасля праведзеных работ мікраструктуру матэрыялу ўяўляе сабой ферыт з хлопьевидными зернямі графіту. Гэты тып называюць «черносердечным», так як залом мае чорны колер.

Атрыманне перлитного каванага чыгуну

Гэта разнавіднасць железоуглеродистого сплаву, якая таксама зараджаецца з доэвтектоидного белага, аднак ўтрыманне вугляроду ў ім павялічана: 3-3,6%. Для атрымання адлівак з перлитной асновай іх змяшчаюць у скрыні і перасыпаюць здробненай парашкападобныя жалезнай рудой ці акалінай. Сама працэдура адпалу спрашчаецца.

1. Тэмпературу металу павышаюць да 1 000 ˚С, вытрымліваюць 60-100 гадзін.
2. Канструкцыі астуджаюцца з печчу.

З прычыны знямогі пад уздзеяннем спякота ў металічным асяроддзі адбываецца дыфузія: вылучаемы ў цементитном распадзе графіт часткова пакідае павярхоўны пласт аджыгае дэталяў, асядаючы на паверхні руды альбо акалінай. Атрымліваюць больш мяккі, глейкі і пластычны верхні пласт «белосердечного» каванага чыгуну з цвёрдай сярэдзінай.

Такі адпал называюць няпоўным. Ён забяспечвае распад цементита і ледебурита на пласціністы перліт з адпаведным графітам. У выпадку, калі неабходны крупчасты перлитный каванага чыгуну з больш высокімі паказчыкамі ўдарнай глейкасці і пластычнасці, прымяняецца дадатковы падагрэў матэрыялу да 720 ˚С. Пры гэтым ўтвараюцца збожжа перліту з хлопьевидными графітнай ўключэннямі.

Ўласцівасці, маркіроўка і прымяненне ферритного каванага чыгуну

Доўгі «пагоня» металу ў печы мае следствам поўны распад цементита і ледебурита на ферыт. Дзякуючы тэхналагічным хітрыкам, атрымліваюць сплаў з высокім утрыманнем вугляроду - ферритная структура, характэрная для низкоуглеродистой сталі. Аднак карбон сам па сабе нікуды не дзяецца - ён пераходзіць з звязанага з жалезам стану ў вольны. Тэмпературны ўздзеянне змяняе форму графітавых уключэнняў да хлопьеобразной.

Ферритная структура абумоўлівае паніжэнне цвёрдасці, павелічэнне значэнняў трываласці, наяўнасць такіх характарыстык, як ўдарная глейкасць і пластычнасць.

Маркіроўка чыгуну кавання ферритного класа: КЧ30-6, КЧ33-8, КЧ35-10, КЧ37-12, дзе:

КЧ - абазначэнне разнавіднасці - кавання;

30, 33, 35, 37: σ _ў, 300, 330, 350, 370 Н / мм ² - максімальная нагрузка, якую ён можа вытрымаць, не руйнуючыся;

6, 8, 10, 12 - адноснае падаўжэнне, δ,% - паказчык пластычнасці (чым вышэй значэнне, тым больш метал паддаецца апрацоўцы ціскам).

Цвёрдасць - каля 100-160 НВ.

Гэты матэрыял па сваіх паказчыках займае сярэдняе становішча паміж такімі, як сталь і железоуглеродистый сплаў шэры. Каванага чыгуну з ферритной асновай саступае перлитному па паказчыках зносаўстойлівасці, каразійнай і усталостную трываласці, аднак вышэй па механічнай вытрымцы, пластычнасці, ліцейным характарыстыках. Дзякуючы невысокай цане шырока выкарыстоўваецца ў прамысловасці для вырабу дэталяў, якія працуюць пры малых і сярэдніх нагрузках: зубчастыя колы, картэры, заднія масты, сантэхніка.

Ўласцівасці, маркіроўка і прымяненне перлитного каванага чыгуну

З прычыны няпоўнага адпалу першасны, другасны цементиты і ледебурит паспяваюць цалкам растварыцца ў аустените, які пры тэмпературы ў 720 ˚С ператвараецца ў перліт. Апошні ўяўляе сабой механічную сумесь зерня ферыту і цементита троеснага. Уласна, частка вугляроду застаецца ў звязаным выглядзе, абумоўлівае структуру, а частка - «вызваляецца» у хлопьевидный графіт. Пры гэтым перліт можа быць пласціністы або крупчасты. Такім чынам фармуецца перлитный каванага чыгуну. Ўласцівасці яго абумоўлены насычанай больш цвёрдай і менш гнуткую структурай.

Гэтыя, у параўнанні з ферритными, валодаюць больш высокімі антыкаразійнымі, зносаўстойлівымі ўласцівасцямі, іх трываласць значна вышэй, аднак ніжэй ліцейныя характарыстыкі і пластычнасць. Згодлівасць да механічных уздзеянняў павялічана павярхоўна, захоўваючы цвёрдасць і глейкасць асяродку вырабы.

Маркіроўка чыгуну кавання перлитного класа: КЧ45-7, КЧ50-5, КЧ56-4, КЧ60-3, КЧ65-3, КЧ70-2, КЧ80-1,5.

Першая лічба - абазначэнне трываласці: 450, 500, 560, 600, 650, 700 і 800 Н / мм ² адпаведна.

Другая - абазначэнне пластычнасці: адноснае падаўжэнне δ,% - 7, 5, 4, 3, 3, 2 і 1,5.

Перлитный каванага чыгуну прымяненне здабыў ў машынабудаванні і прыборабудаванні для канструкцый, якія працуюць пры вялікіх нагрузках - як статычных, так і дынамічных: размеркавальныя валы, каленчатыя валы, дэталі счаплення, поршні, шатуны.

Тэрмічная апрацоўка

Матэрыял, атрыманы з прычыны тэрмічнай апрацоўкі, а менавіта адпалу, можа паўторна падвяргацца метадам тэмпературных уплываў. Іх асноўная мэта - яшчэ большае павелічэнне трываласці, зносаўстойлівасці, ўстойлівасці да карозіі і старэння.

1. Загартоўка ўжываецца для канструкцый, якія патрабуюць высокай цвёрдасці і глейкасці; вырабляецца шляхам награвання да 900 ˚С, дэталі астуджаюцца з сярэдняй хуткасцю каля 100 ˚С / сек з дапамогай машыннага алею. Услед за ёй варта высокі адпачынак з награваннем да 650˚С і астуджэннем на паветры.
2. Нармалізацыя выкарыстоўваецца для некрупных простых дэталяў метадам награвання ў печы да 900 ˚С, выстаивания пры гэтай тэмпературы тэрмінам ад 1 да 1,5 гадзіны і наступнага астуджэння на паветры. Забяспечвае трооститный крупчасты перліт, яго цвёрдасць і надзейнасць пры трэнні і зносе. Ўжываецца для атрымання антыфрыкцыйных каванага чыгуну з перлитной асновай.
3. Адпал вырабляецца паўторна пры вырабе антыфрыкцыйнага: награванне - да 900 ˚С, даўгачасная вытрымка пры гэтай цеплыні, астуджэнне разам з печчу. Забяспечваецца ферритная або ферритно-перлитная структура антыфрыкцыйнага каванага чыгуну.

Награванне чыгунных вырабаў можа праводзіцца мясцова або комплексна. Для мясцовага прымяняюцца высокачашчынныя токі альбо ацэтыленавых полымя (правядзенне загартоўкі). Для комплекснага - награвальныя печы. Пры мясцовым нагрэве гартуецца толькі верхні пласт, пры гэтым павышаецца яго цвёрдасць і трываласць, але захоўваюцца паказчыкі пластычнасці і глейкасці асяродку.

Тут важна паказаць, што коўка чыгуну немагчымая не толькі ў сілу недастатковых механічных характарыстык, але і па прычыне высокай яго адчувальнасці да рэзкага перападу тэмператур, які непазбежны пры загартоўцы з водным астуджэннем.

Антыфрыкцыйныя каванага чыгуну

Гэтая разнавіднасць ставіцца і да кавання, і да легаванай, яны бываюць шэрымі (АЧС), коўка (АЧК) і высокатрывалымі (АЧВ). Для вытворчасці АЧК выкарыстоўваецца каванага чыгуну, які падвяргаецца адпалу або нармалізацыі. Працэсы ажыццяўляюцца з мэтай павышэння яго механічных уласцівасцяў і адукацыі новай характарыстыкі - зносаўстойлівасці пры трэнні з іншымі дэталямі.

Маркіруецца: АЧК-1, АЧК-2. Ўжываецца для вытворчасці каленчатых валаў, шасцярэнек, падшыпнікаў.

Ўплыў дабавак на ўласцівасці

Акрамя железоуглеродистой асновы і графіту яны маюць у сваім складзе і іншыя складнікі, якія таксама абумоўліваюць ўласцівасці чыгуну: марганец, силиций, фосфар, серу, некаторыя легіруючых элементаў.

Мангал павышае цякучасць вадкага металу, каразійную стойкасць і зносаўстойлівасць. Ён спрыяе павышэнню цвёрдасці і трываласці, зьвязваньні карбону з жалезам у хімічную формулу Fe ₃ C, адукацыі крупчастай перліту.

Силиций таксама станоўча ўплывае на цякучасць вадкага сплаву, спрыяе распаду цементита і вылучэнню графітавых уключэнняў.

Сера - негатыўная, але непазбежная складнік. Яна зніжае механічныя і хімічныя ўласцівасці, стымулюе адукацыю расколін. Аднак рацыянальнае суадносіны яе ўтрымання з іншымі элементамі (напрыклад, з марганцам) дазваляе карэктаваць микроструктурные працэсы. Так, пры суадносінах Mn-S 0,8-1,2 захоўваецца перліт пры любых тэрмінах тэмпературных уплываў. Пры павышэнні суадносін да 3 з'яўляецца магчымасць атрымаць любую неабходную структуру ў залежнасці ад зададзеных параметраў.

Фосфар мяняе жидкотекучесть ў лепшы бок, уплывае на трываласць, зніжае ўдарную глейкасць і пластычнасць, уплывае на працягласць графитизации.

Хром і малібдэн абцяжарваюць адукацыі графітавых шматкоў, у некаторых Змест спрыяюць адукацыі крупчастай перліту.

Вальфрам павышае зносаўстойлівасць пры працы ў зонах высокіх тэмператур.

Алюміній, нікель, медзь спрыяюць графитизации.

Карэктуючы колькасць хімічных элементаў, якія ўваходзяць у склад железоуглеродистого сплаву, а таксама іх суадносін, можна ўплываць на выніковыя ўласцівасці чыгуну.

Перавагі і недахопы

Кавання чугун- матэрыял, які мае шырокае выкарыстанне ў тэхніцы. Яго асноўныя перавагі:

• высокія паказчыкі цвёрдасці, зносаўстойлівасці, трываласці нароўні з жидкотекучестью;
• нармальныя характарыстыкі ўдарнай глейкасці і пластычнасці;
• тэхналагічнасць пры апрацоўцы ціскам, у адрозненне ад шэрых чыгуну;
• разнастайныя варыянты карэкцыі уласцівасцяў пад пэўную дэталь метадамі тэрмічнай і хіміка-тэрмічнай апрацоўкі;
• нізкі кошт.

Да недахопаў можна аднесці індывідуальныя асаблівасці:

• далікатнасць;
• наяўнасць графітавых уключэнняў;
• нізкія характарыстыкі пры апрацоўцы рэзаннем;
• значную вагу адлівак.

Нягледзячы на існуючыя недахопы, каванага чыгуну займае адказнае месца ў металургіі і машынабудаванні. З яго вырабляюцца такія важныя дэталі, як каленчатыя валы, дэталі тармазных калодак, зубчастыя колы, поршні, шатуны. Маючы нязначнае разнастайнасць марак, індывідуальную нішу ў прамысловасці займае каванага чыгуну. Ужыванне яго характэрна для тых нагрузак, пры якіх выкарыстанне іншых матэрыялаў малаверагодна.